Представлены результаты продолжающихся исследований, посвященных анализу электропередачи по распределительным электрическим сетям ПАО Россети. Проанализировано функционирование электрических сетей филиала ПАО «Россети Волги» – «Саратовские распределительные сети». Аналитическая оценка транспорта электрической энергии по распределительным электрическим сетям произведена за период 2018–2022 гг. Рассмотрена структура компании, дана характеристика основных элементов исследуемых электрических сетей, а также произведена оценка количества аварийных ситуаций, возникших за исследуемый период. Дана количественная оценка величины недоотпуска электрической энергии, обусловленного перерывами электроснабжения. Создана классификация отказов по степени интенсивности величины недоотпуска и установлена количественная оценка каждой группы отказов по величине их интенсивности. Рассмотрено влияние сезонной составляющей на количество аварийных ситуаций за исследуемый период. На основе данных 2022–2023 гг. выполнен анализ основных причин повреждаемости элементов электрических сетей. Дана классификация отказов по группам причин возникновения отказов, рассмотрены их основные характеристики за этот период. Установлено процентное соотношение количества отказов по наиболее характерным причинам к общему количеству отключений за исследуемый период. В качестве исходных данных использована информация, опубликованная в открытой печати. При выполнении исследования использованы общенаучные методы, а также численные методы анализа. Для визуализации полученных результатов анализа использовались технологии графического редактора MATLAB. Полученные результаты могут представлять интерес для руководителей электросетевых компаний, а также научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями в области надежности электроснабжения. 

Рассматриваются вопросы, касающиеся совершенствование методических основ анализа системной надёжности электроэнергетических систем. Представлена декомпозиция комплексного свойства «системная надёжность», которая охватывает все этапы управления электроэнергетическими системами. В соответствии с новой декомпозицией системная надёжность формируется тремя составляющими: режимная надёжность, плановая надёжность и балансовая надёжность. Каждая из составляющих предназначена для решения конкретных задач на различных этапах управления электроэнергетическими системами. Так, методический аппарат анализа балансовой надёжности в основном должен быть использован при решении задач проектирования развития электроэнергетических систем, методический аппарат анализа плановой надёжности должен быть использован при решении задач планирования работы (режимов и балансов) электроэнергетических систем, а методический аппарат анализа режимной надёжности при решении задач оперативного управления электроэнергетическими системами. В отличии от понятий балансовой и режимной надежности, понятие «плановая надёжность» новое. Представлено обоснование ввода понятия «плановая надёжность» в практику управления электроэнергетическими системами. Отражены основные отличия плановой надёжности от режимной и балансовой надёжностей. Сформулированы основные требования к методике оценки плановой надёжности электроэнергетических систем. Указано, что при оценке плановой надёжности электроэнергетических систем необходимо учитывать ряд случайных процессов функционирования энергетических объектов, таких, как системы накопления энергии гидроэлектростанции, возобновляемые источники энергии и другие, и для этого требуется применение математического аппарата случайных процессов функционирования систем. Для оценки плановой надёжности предложено использовать последовательный метод Монте-Карло. 

В настоящее время, когда цены на энергоресурсы нестабильны и периодически растут, актуальной проблемой в сфере теплоэнергетики остается повышение энергоэффективности теплоэнергетических установок, что подразумевает производство необходимого количества энергии с меньшими затратами энергоресурсов. Подобные задачи, направленные на снижение потребления энергоресурсов для собственных нужд, достаточно остро ставятся производственным предприятиям, где применяется энергозатратное оборудование, в частности, паровые котельные установки. В паровых котельных содержится достаточное количество энергоемкого оборудования, котлы или атмосферные деаэраторы, которые применяются для удаления из питательной воды котлов коррозионно-агрессивных газов. Рассмотрен вариант автоматизации процесса закрытия выпара при атмосферной деаэрации в котельных установках путем установки на трубопроводах отвода выпара клапанов с автоматическим приводом. Проанализирован годовой расход подпитки деаэратора, проведена оценка качества конденсата, подаваемого в деаэратор, описаны условия открытия и закрытия клапанов с автоматическим приводом, приведен расчет временной задержки, необходимой для отвода выпара из деаэратора до закрытия клапанов. Приведена функционально-блочная диаграмма управления клапанами с автоматическим приводом и описаны её составляющие. При реализации описанной технологии достигается значительная экономия производственного пара, расходуемого на деаэратор, за счет закрытия выпара деаэратора при отсутствии подачи в деаэратор химически очищенной воды. Данное решение способствует повышению эффективности работы всей котельной установки. 

Применяемые воздухонагреватели для нагрева доменного дутья за последнее время претерпели ряд конструктивных изменений, что повлияло на их основные показатели теплового режима. Существуют установленные температуры, при которых устоявшиеся режимы работы показывают достаточные технические и экономические показатели. Отклонение от режима путем повышения температуры горячего дутья влечет за собой негативные последствия разного характера, что по итогу становится нецелесообразно с экономической точки зрения. Новые конструктивные решения воздухонагревателей должны быть определены максимальными температурами, что влияет на срок службы оборудования и системы. Следовательно, разработка теплообменной поверхности насадки играет важную роль при решении поставленной задачи. Повышение надежности аппарата, достижение высоких теплотехнических показателей послужит результатом совершенствования конструкции регенеративных устройств. Применяя математическую модель к расчету потоков в системе каналов произвольно заданной структуры, получены расчеты потоков теплоносителя по каналам насадки доменного воздухонагревателя. Моделирование неравномерности потока на входе в насадку проведено при различных полях давления на входе в насадку с горизонтальными каналами. Представлены результаты задаваемых полей давлений на входе в систему и результаты расчета массовых расходов теплоносителя по вертикальным и горизонтальным каналам. Подтверждено, что картина поля давлений на входе в насадку и поля скоростей в подводящих вертикальных каналах разная из-за влияния соседних вертикальных каналов друг на друга за счет их соединения в единую систему горизонтальными каналами. Расчетами подтверждено, что горизонтальные каналы не участвуют активно в процессе теплообмена. Для эффективности предложено сделать горизонтальные каналы не по всей высоте насадки, а только в ее верхних и нижних слоях. 

В растущем числе публикаций результатов исследования турбомашин в ANSYS и других пакетах, к сожалению, не уделяется должного внимания выбору модели течения (абсолютное или относительное) и постановке граничных условий в областях, прилегающих к вращающемуся рабочему колесу: надбандажное, диафрагменное (концевое) уплотнения, зазор над безбандажными лопатками, рагрузочные отверстия в диске и др.

Как правило, эти области содержат такие элементы геометрии как «уступ», «выступ», «гребень», обтекание которых, а, следовательно, и их сопротивление зависит от угла натекания линии тока на преграду. В ступенях турбомашин в сечениях за неподвижными лопаточными аппаратами угол α1 между вектором скорости течения (в абсолютном движении) и окружной скоростью составляет 10°÷25° (для ступеней паровых турбин), 20°÷35° (для ступеней газовых турбин) и 40°÷75° ((для осевых ступеней компрессоров). Показано (на примере вязкого обтекания системы «уступ + выступ»), что изменение угла в диапазоне 15°÷90° изменяет сопротивление почти в 2 раза.

Выбор для домена того или иного типа модели течения (абсолютное или относительное) прежде всего предопределяет значение угла взаимодействия линий тока с препятствием: он остаётся близким к α1, либо, близким к β1 = α1 + 20°÷70°, что существенно изменяет и качественную картину вязкого обтекания характерных элементов геометрии («уступ», «выступ», «гребень»), и значения интегральных параметров (расход, мощность, КПД). Отсутствие рекомендаций по правильному выбору граничных условий неминуемо приведёт не только к невозможности сравнивать результаты различных публикуемых исследований, но и к их объективной ценности. Поэтому необходимость в обосновании предложений по выбору моделей течения в областях лабиринтных уплотнений, разгрузочных отверстий в дисках, зазоров над безбандажными рабочими лопатками и др. является весьма актуальной. 

Гидравлические испытания используются в различных отраслях народного хозяйства для проверки прочности и плотности сосудов и трубопроводов, их деталей и сборочных единиц, нагружаемых давлением. Давление гидравлических испытаний является расчётной величиной и определяется на основании нормативной документации для соответствующих объектов контроля. Анализ современных тенденций в области проведения гидравлических испытаний как в РФ, так и за рубежом показал существование тренда на снижение повреждаемости объектов контроля за счет выбора наиболее оптимального давления гидравлических испытаний. Основной целью исследования являлось снижение эксплуатационной повреждаемости оборудования и трубопроводов атомных электростанций за счет снижения давления гидравлических испытаний на прочность при проведении технического обслуживания. Исследование основано на теории вероятностей, математической статистики, физики прочности и механики разрушения с учетом возможности пропуска в эксплуатацию несплошностей или дефектов. Метод основан на риск-ориентированном подходе, что позволяет определить допускаемое изменение риска на основе рекомендаций по безопасности атомных станций в Российской Федерации. Объектами применения являются оборудование и трубопроводы атомных электростанций. В результате исследования разработан метод снижения давления гидравлических испытаний на прочность для оборудования и трубопроводов атомных электростанций на основе риск-ориентированного подхода. Разработанный метод может быть использован организациями, занимающимися производством электроэнергии (на атомных или тепловых электростанциях), транспортировкой нефти, газа или других веществ, на объектах, где существенной частью их конструкций являются трубопроводы, влияющие на надежность и эффективность эксплуатации этих объектов.

Рассматривается газотурбинная установка замкнутого цикла мощностью 500 кВт. В отличие от открытого или полузамкнутого циклов замкнутый цикл подразумевает постоянно циркулирующее рабочее тело в пределах замкнутого контура. Иными словами, в закрытый контур, состоящий из компрессора, теплообменников различного назначения и турбины, нагнетается рабочее тело (может быть любым) с требуемыми начальными параметрами, зависящими от свойств выбранного рабочего тела. Установка с рециркуляцией продуктов сгорания при высоком давлении может быть создана на базе существующих агрегатов с небольшими доработками. Вместо выброса в атмосферу, уходящие газы поступают в высокотемпературный теплообменник, где отдают тепло газотурбинной установке замкнутого цикла. В первую очередь применение подобных установок актуально на компрессорных станциях в связке с газотурбинным приводом нагнетателя. В ходе исследования выполнен тепловой расчет газотурбинной установки замкнутого цикла с различными рабочими телами: углекислый газ, гелий и аргон. Основной целью являлось изучение преимуществ и недостатков альтернативных рабочих тел с последующим их сравнением. Поскольку основные химические и физические свойства альтернативных рабочих тел выгодно отличаются от классических, то есть возможность получения более высоких параметров установки. По результатам расчетов установлено, что наиболее перспективным рабочим телом является углекислый газ, поскольку применение данного рабочего тела возможно при широком диапазоне температур и давлений. Также стоит отметить, что расход углекислого газа наиболее низкий по сравнению с остальными рабочими телами. КПД подобной установки равняется 28%, однако есть возможность повышения с использованием регенерации.

Современные технологии и постоянный рост потребления воды требуют эффективных и экологически чистых способов ее добычи. Согласно энергетической стратегии развития Российской Федерации до 2035 г. использование альтернативных источников энергии в промышленности — приоритетная задача для производств. Применение возобновляемых ресурсов для получения дистиллированной воды на нужны предприятий становится все более актуальным. Новаторская технология лабораторной установки, объединяющая дистилляцию воды с помощью теплового насоса и фотоэлектрической панели, позволяет не только получать очищенную воду, но и подогревать теплоноситель перед химической очисткой. Для создания лабораторного стенда необходимо изучить принципы работы установки, разделить устройство на блоки: основной стенд и вакуумный дистиллятор, далее смоделировать трехмерное изображение каждой части комплекса в программном пакете SolidWorks. На основании полученных макетов разработана функциональная схема комплекса для получения теплоносителя заданных параметров и составлен алгоритм прогнозирования температуры нагреваемой воды в тепловом насосе. Полученные результаты испытаний установки обрабатываются, сравниваются с теоретическими данными из таблиц свойств хладагента и делается вывод. Технология получения очищенной воды направлена на замещение импортных технологий и использование возобновляемых источников энергии. Полученные результаты свидетельствуют о потенциале лабораторной установки для использования в различных областях, где требуется надежное и экологически чистое обеспечение дистиллированной водой, например, на побережьях для промышленных объектов или сельскохозяйственных предприятий. 

Рассмотрен технологический процесс низкотемпературной очистки продуктов сгорания топлива котельных агрегатов от диоксида углерода путем его вымораживания в турбодетандере и отделения из потока продуктов сгорания топлива в сепараторе.

Рассмотрен вопрос сепарации твердого диоксида углерода из потока продуктов сгорания топлива котельных агрегатов рукавным фильтром, электрофильтром, сепаратором циклонного и сепаратором инерционного типа. На основе проведенного анализа предложено применение инерционно-вакуумного сепаратора для отделения твердой фазы диоксида углерода из потока продуктов сгорания топлива.

Для численного моделирования использованы модули Solidworks и ANSYS CFX. Для решения применяются уравнения неразрывности, движения, энергии, уравнения k–ε модели. Замыкающим является уравнение для эффективной и турбулентной вязкости. Также описываются силы, влияющие на движение дисперсной фазы. Поток считается слабозапылённым.

Проведены численные исследования течения дисперсного потока в канале инерционно-вакуумного сепаратора и в ранее применяемом циклоне ЦН-11. Исходные данные для расчета взяты исходя из известного массового расхода потока и концентрации частиц, а также из уравнения неразрывности. Из полученных результатов можно сделать выводы о прямопорциональной зависимости между ростом расходной характеристики потока, скоростей по проточной части аппарата на входе и сопротивления аппарата.

Также исходя из полученных результатов расчетов, сделан вывод о необходимости дополнительной установки роторной промышленной воздуходувки с целью создания необходимого перепада давления в инерционно-вакуумном сепараторе. Рассмотрена экономическая и экологическая целесообразность установки роторной воздуходувки.

Определен диапазон расходов продуктов сгорания топлива, при которых возможна наиболее эффективная очистка продуктов сгорания топлива от диоксида углерода в инерционно-вакуумном сепараторе в рамках технических характеристик холодопроизводительности турбохолодильных машин.